ليس كل يوم نري ما يقلب المنضدة ، وما يغير الثوابت الراسخة ، وما يزلزل المفاهيم .. لكن يبدو أن NVIDIA كانت علي موعد مع يوم من هذا الطراز الفريد .قبل عام قدمت NVIDIA تقنية المزامنة الطولية التكيفية Adaptive V.Sync ، وتبع ذلك تطوير تقنية مساواة أزمان الاطارات Frame Pacing ، والتي قللت كثيرا من التقطعات في سلاسة العرض Micro-Stuttering علي البطاقات المتعددة في وضعية SLi ، ثم تبع ذلك تطوير بنية FCAT التحتية لقياس وتحليل وأسر الاطارات ، والتي غيرت طريقة القياس التقليدية تماما وحلت محل طريقة Fraps القديمة.
مجموعة من التقنيات والأساليب المنطقية في زمن قصير حسنت من حال منظومة المعالجة الرسومية ، وحولته الي الأفضل ، خاصة أنها تعاملت مع مشكلات محورية وجذرية .لكن العجيب أن كل هذه الخطوات التي اتخذتها NVIDIA بمعزل عن منافستها اللدود ، لم تكن كافية لتلفت انتباه الوسط التقني لحقيقة مهمة ، أن تلك الخطوات لا تتخد اعتباطا ، وأن من يتخذها لا بد وأنه يدرس بحرص الجذور التي انتصبت عليها جذوع الرسوم ثلاثية الأبعاد ، لابد وأنه يحاول النفاذ الي البذرة الأولي ، تلك البذرة التي لم تخطر علي بال اي من المتابعين أو المحللين.في الأسبوع المنصرم كشفت NVIDIA عن تلك البذرة ، وكشفت أيضا أن كل ما سبق من تقينات كان فقط من ثمار التنقيب في الأرض بحثا عن تلك البذرة .
لكننا لن نلوم هؤلاء التقنيون الغافلون ، فتلك البذرة كانت أكثر الركائز الرسومية التي غابت في غياهب الزمن ، وتوارت عن حدقات الذهن ، وسقطت سهوا من نظرات البصر ، حتي اعتبرها أكثر الناس ظاهرة من ظواهر الطبيعة الاعتيادية !
إنها العلاقة المنسية ، علاقة العرض والمعالجة!
لا توجد علاقة منسية في عالم الرسوميات أكثر من تلك العلاقة .. علاقة البطاقة الرسومية بالشاشة ، اللاعب يختار البطاقة الرسومية ويتفنن في التدقيق في مواصفاتها العتادية ، وقدراتها وامكانياتها البصرية ، يركبها في حاسبه ، ويتوقع أن تعمل بكل الأداء المرضي ، والرسوميات الصافية الفائقة ، وتجربة اللعب السلسة الخالية من أي شوائب .
لكن سرعان ما يخيب هذا التوقع ، وينكفأ علي وجهه بمنتهي العنف ، ذلك لأن اللعب معالجة وعرض ، واللاعب المسكين لم يلقي بالا للعرض ، وشغل ذهنه فقط بالمعالجة ، وهي البطاقة الرسومية ، ثم يكتشف أن هذا هو الخطأ المميت !
في البداية يلاحظ اللاعب تلك التقطعات في الصورة ، تلك الخطوط الموجية التي تصول وتجول في الشاشة ، والأسوأ أن كل هذا يزداد كلما زاد اداء لعبته !
يسمع أن تقنية المزامنة الطولية Vertical Synchronization تلغي هذه الظاهرة ، فيقوم بتفعيلها ، لكنه يفاجئ ان الحال أصبح الي أسوأ ، التقطيع لا يزال موجودا ، فقط أضيف عليه قصورا في معدل استجابة اللعبة لأوامره … يشعر أن التحكم ثقيل ، صارت اللعبة الآن أسوأ بشكل يقيني ، لا يفهم ويصاب بالحيرة ! لماذا يكون هناك خيار لجعل اللعبة أسوأ بحق الاله؟
والحقيقة أن هذا ليس ذنب اللاعب علي وجه الخصوص ، بل هو ذنب صناعة بأكملها ، صناعة ركزت علي جانب المعاجلة أضعاف ما فعلت مع جانب العرض .
والنتيجة هي الحاصلة الآن : شاشات تعمل بمعدل انعاش Refresh Rate ثابت في كل الأحوال وخلال كل الظروف ، سواء عملت اللعبة بنفس معدل الانعاش ، أو أقل أو حتي أعلي منه.
ولنضرب مثالا شهيرا لشاشة تعمل بمعدل انعاش 60 مرة في الثانية (60Hz) أي أنها ترسم 60 اطارا ، اذا تلقت الشاشة 70 اطارا من البطاقة الرسومية فانها تحشرهم حشرا بحيث يصيروا 60 اطارا أيضا ، حتي لو انطبقت الاطارات علي بعضها انطباقا! المهم أن لا يتخطي عددهم معدل الانعاش أبدا !
وهو ما يحدث بالفعل ! الاطارات تنطبق علي بعضها ، فيري المستخدم ظاهرة التقطيع في الصورة Tearing ، والتي ما هي الا اطارات مختلفة محشورة فوق بعضها في صورة واحدة !
اطارات منطبقة علي بعضها ، والخطوط الصفراء هي التقطيع ..
أما اذا أعطتها البطاقة الرسومية عددا أقل من معدل الانعاش ، 50 اطارا مثلا ، فان الشاشة الغبية تكرر منهم 10 اطارات اضافية ، ليصير المجموع الكلي 60 اطارا ، ثم لا تكتفي بذلك فحسب ! بل تستقبلهم في غير نظام أو انتظام ، فتنطبق بعض الاطارات فوق بعضها مسببة ظاهرة التقطيع أيضا !
والنتيجة أن ما يراه اللاعب هو تقطيعات في كل مكان ، تقطيعات بكل الألوان !
صورة لتقطعات Tearing الشاشة ..
والحل؟ اجبار البطاقة الرسومية والشاشة علي التواصل بتوافق ، عن طريق مزامنة دورات العمل بينهما باستخدام المزامنة الطولية V.Sync .
والمزامنة الطولية تجبر بطاقة الرسوميات علي ألا ترسل أكثر من 60 اطارا في الثانية (اكثر من معدل الانعاش)، فتتجنب الشاشة حشر أية اطارات زائدة ، وتحتفي ظاهرة التقطيع تماما !
لكن هناك مشكلة سخيفة للغاية في تقنية المزامنة الطولية المزعومة تلك ، وسببها أكثر سخافة !
عند تفعيل هذه التقنية ، فان البطاقة الرسومية تُجبر نفسها علي التوافق مع كل دورة رأسية لرسم الشاشة ، حيث تبدا الشاشة رسم كل اطار من أعلي الي أسفل ، أي بطريقة راسية ، أو طولية .
في الشاشات التي تعمل بمعدل تحديث 60Hz ، فان كل دورة رأسية تستغرق 1/60 جزء من الثانية ، أي حوالي 16 مللي ثانية .
يجب علي البطاقة الرسوميّة معالجة كل اطار بحيث لا يزيد زمنه عن 1/60 جزء من الثانية (أو 16 مللي ثانية ) حتي ترسله الي الشاشة في ميعاد دورة الرسم القادمة .
في معظم الأحوال ، ومع البطاقات الرسومية القوية فان هذا لا يمثّل أي مشكلة ، والأغلب أن البطاقة تُنهي كل اطار في زمن أقل من 16 مللي ثانية ، لكنها تنتظر باقي هذه المدة حتي ترسل الاطار الي الشاشة في دورة الرسم القادمة ، لتتفادي التقطيع في الصورة Tearing والخطوط الموجية كما قلنا.
لكن للأسف تأتي بعض الاطارات بمؤثّرات قوية ، وهذه تزيد من العبأ الحسابي ، مما يزيد من زمن معالجة هذا الاطار الثقيل ، الي حد أن زمن المعالجة يتعدّي زمن 16 مللي ثانية ، ليصبح 20 مللي ثانية مثلا !
عندما يحدث هذا ، فان الاطار يفوته دورة رسم واحدة من دورات الشاشة ، حيث لا ترسله البطاقة الي الشاشة لأنه لم يكتمل ، ويضطر الاطار الي الانتظار حتي الدورة القادمة.. أي أن الاطار الأحمق انتظر دورتين كاملتين من دورات الشاشة !
اذا تكرر هذا الأمر مع ثلاثين اطارا في الثانية الواحدة (مثلا في مشهد انفجار كبير ، أو ضوء ساطع ) فان كل اطار منهم ينتظر دورتين من أصل 60 ! وهنا تحدّث الشاشة نفسها 30 مرة فقط ، وهذا يُسبب انخفاض عدد الاطارات الي النصف فورا ! ، ويفاجئ اللاعب بخلل مفاجئ وبطء ملحوظ في سلاسة العرض وثقل Lag في استجابة اللعبة لأوامره.. والأسوأ أن انخفاض الاطارات ينتج عنه نوع من الاهتزاز Judder في الصورة عندما تنتظر الشاشة اطارا طال زمن معالجته .
بل إن منظومة العرض عادة ما تنهار تماما اذا انخفض عدد الاطارات عن 60 لأي سبب كان ، فمتي حدث أي انخفاض فان التزامن والتوافق بين الشاشة وبطاقة الرسوميات ينهار ، وتبدأ بعض الاطارات في الولوج الي دورات رسم ليست لها بطريقة غير متساوية ، ويحدث التقطيع أيضا رغما عن أنف المزامنة الطولية ! وفي أحيان أخري تضطر الشاشة لتعويض النقص باطارات مكررة ، مما يعني أن عملية العرض كلها تصاب بالخلل ، فتدفق سلاسة العرض يختل Stutter بسبب انخافض الاطارات و تكرارها واستقبالها في غير انتظام ، فيلاحظ اللاعب أن العرض يبطأ فجأة في بعض الاطارات ، ثم يعود سريعا كما كان ، ثم يبطأ فجاة كأنه يتقافز بين الاطارات بطريقة غير متساوية .. والظاهرة تحدث في غضون أجزاء من الثانية ، لكنها ترصد وتسجل من قبل العين وتقلل من جودة العرض بدرجة ملحوظة.
بل أن بعض الألعاب وخصوصا غلي المنصات لا تجد أي مانع من ارسال اطارات غير مكتملة الي الشاشة ، فاي اطار يتخطي 16 زمن معالجته حاجر الـ 16 مللي ثانية ، يرسل الي الشاشة فورا حتي لو لم يرسم منه سوي سطرا واحدا ! والنتيجة هي انطباق هذا الاطار الناقص علي ما قبله بطريقة غير سوية مسببا تقطيعا أيضا !
إن هذا لكابوس ! ربما لم يكن البعض يدري أن منظومة العرض في عالمنا معيبة ومخترقة حتي النخاغ الي هذا الحد ! لكنها الحقيقة للأسف !
اطارات أعلي من معدل الانعاش = تقطيع!
اطارات أقل من معدل الانعاش = تقطيع !
مزامنة طولية واطارات أقل من الانعاش = تقطيع وبطء شديد في اللعبة !
مزامنة طولية واطارات أعلي من الانعاش = تقطيع و بطء شديد !
إنه المثل الغربي الشهير : لُعنت اذا فعلت ، ولُعنت اذا لم تفعل ! أربعة من اصل أربعة احتمالات للعرض لا تؤدي الا لكارثة ، لقد جن العالم و اتخذ من الرداءة مرتعا !
ولا توجد أدني مبالغة في العبارة الأخيرة ، فقد اتخذ مطورو الرسوميات ومصنعي العتاد من تلك الرداءة مرتعا بالفعل ، وتأقلموا معها ، واعتبروها قدرا لا مقر منه ، وعلموا أنفسهم تجاهلها والتعود عليها ، بل وعلموا ألعابهم محاكاة تلك الرداءة للحفاظ علي عدد الاطارات علي المنصات ، كما شرحنا بالأعلي !
إن ما فعله كل هؤلاء الخبراء والمتمرسون تحاه هذه المشكلة المحورية ، لم يكن يرقي الا لمستوي تجاهل الفيل الضخم في الحجرة الصغيرة ، وكم يشعرون بالعجز عندما يلاحظ المبتدئون والهواة هذا الفيل الضخم فيسألونهم عنه ، فتكون الاجابة كقا بنقلب علي كف!
لقد رأيتم أنه حتي مع المزامنة الطولية ، فان العروض تعاني من تقطيع الاطارات Tearing ، و تذبذب سلاسة العرض Stutter ، و اهتزاز الشاشة عند انخفاض الاطارات Judder و و ثقل استجابة اللعبة Lag ، إن هذا لحفل صاخب والجميع مدعوون !!
صورة للاختلال المفاجئ لسلاسة العرض Stutter ..
إن أي شخص ذو اهتمام عابر بالرسوميات لن يكون بوسعه سوي الشعور بالضيق والعجب ، والتساؤل عن سبب هذه الظواهر اللعينة ! الا أن الاجابة من الخبراء ستكون هي : أية ظواهر ؟ لا توجد ظواهر! تجاهلها !
واستمر هذا الحال ، حتي قدمت NVIDIA تقنية المزامنة الطولية التكيفية Adaptive V.Sync ، وفيها قامت الشركة باجراء تعديل بسيطة علي المزامنة الطولية ، فمتي صار عدد اطارات اللعبة أقل من معدل الانعاش ، فان المزامنة الطولية تعطل نفسها تماما لتتفادي البطء في سلاسة العرض وثقل الاستجابة Lag، لكن باقي الظواهر ستظل موجودة ، ولنفس الأسباب التي شرحناها سابقا!
إذا فالمزامنة التكيفية ابتكرت فقط لعلاج مشكلة البطء ، أما التقطيع فلا يبدو انه له حلا علي الاطلاق !
كان هذا حتي أعلنت NVIDIA عن اصدارها الخاص من المزامنة أطلقت عليه المزامنة G ، أو G.Sync .
ستضع NVIDIA معالجا صغيرا بداخل كل شاشة ، ومعالجا آخر بداخل كل بطاقة رسومية ، وسيقوم المعالجين بأداء خوارزمية معقدة ليتزامنا سويا بحيث متي انخفض عدد الاطارات عن معدل الانعاش ، فان الشاشة تخُفض من معدل انعاشها ليتساوي مع عدد الاطارات ، ولتذهب ظاهرة التقطيع الي الجحيم!
لن تحتاج الشاشة الي تكرار أية اطارات ، ولن تعاني من اية تقطيعات Tear أو اهتزازات Judder عندما تنهار الاطارات عن معدل الانعاش .. ولن تحتاج الي أداء مزامنة اجبارية تسبب ثقلا Lag في الاستجابة أو خللا في سلاسة العرض Stutter ، فمعدل انعاش الشاشة يتغير في التو واللحظة ليتواءم مع ما ترسله البطاقة الرسومية من اطارات !
إنه حل سحري غاية في البساطة والأناقة الي الحد الذي يدفعك للتساؤل، لماذا لم يفكر اي أحمق سابق فيه من قبل ؟
إن توابع هذا الحل لن تتوقف عند مسألة الخلاص من التقطيعات فقط ، بل تمتد الي البطاقة الرسومية نفسها .. الآن أصبحت البطاقة التي تعمل بـ G.Sync تقدم عرضا أكثر سلاسة وصفاء من البطاقة التي تعمل بدون G.Sync حتي لو قدمت هذه الأخيرة عددا أعلي من الاطارات !
وبفرض أن تلك البطاقة تقدم 50 اطارا في لعبة ما ، بتقطيعات رديئة في كل مكان ، تخصم من جودة العرض ، وتعطي انطباعا سيئا لدي اللاعب الذي يشعر أن العرض يسير بمعدل اطارات أقل من الـ50 بكثير ! فان البطاقة ذات الـ G.Sync ستقدم عرضا أكثر سلاسة بلا أية تقطيعات وبانطباع فائق النقاء لدي اللاعب حتي لو عملت اللعبة علي 40 اطارا فقط !
بالطبع لن يؤثر هذا علي حاجة المرء لبطاقات قوية ، فالاطارات تحتاج أن تصل الي الشاشة بسرعة في كل الأحوال ، لكن هذا الأمر يقلص الفوارق بين البطاقات المتقاربة .
الآن أصبح كذلك بامكان أي لاعب الحصول علي عرض صاف حتي باستخدام 30 اطارا فقط !
الآن لم يعد من الملزم علي مطوري ألعاب المنصات أن يجبروا ألعابهم علي العمل بمعدل اطارات ثابت ، خشية التقطيعات ، فلتعمل اللعبة كما تريد ، وستتولي تقنية G.Sync معادلة الزوائد والنواقص .
تقول NVIDIA أن G.Sync تحتاج 30 اطارا كجد أدني حتي تؤدي المطلوب منها بدقة ، تحت هذا الحد فان الشاشة ستهتز Flicker بسبب نقص الاطارات ، وسيكون هذا ملحوظا لأي شخص ، لذا فالحاجة لبطاقات جيدة الأداء هي أمر لا مفر منه .
تحتاج NVIDIA أيضا الي توسيع قاعدة الشاشات الي ستعمل بتقنيتها الجديدة ، حتي يزداد معدل تبني هذه التقنية من كل مصنعي العتاد .
في الوقت الحالي فان التقنية تعمل فقط ببطاقات Kepler ، اي عائلة Geforce 600 و 700 ، ومع شاشات معينة فقط ، وهي التي تحوي معالج G.Sync ،ومع الوقت سيزداد عدد الشاشات الداعمة للتقنية أكثر وأكثر ، لكن علي NVIDIA الانفتاح في ترخيص ابتكارها للجميع ، حتي يتسارع معدل تبينها .
أما عن AMD و Intel فليس أمامهما سوي تطوير تقيناتهم المشابهة ، او ترخيص نفس التقنية من NVIDIA ، والا تخلفوا عن الركب !
تقول AMD أن تقنية مشابهة ستصبح متاحة للجميع ، مع مقدم معيار Display Port 1.2 القياسي المخصص لشاشات العرض ، حيث سيتيح المعيار للشاشات أن تحوي معالجات مشابهة لمعالجات G.Sync لتحقق نفس التأثير .. لكن المشكلة أنه معيار اختياري ، وغير ملزم لمصنعي الشاشات ، .. تقول AMD أن ابتكار G.Sync من NVIDIA قد يسرع من معدل تبني هذا المعيار ، وتأمل الشركة في اقناع عدد من مصنعي الشاشات بهذا بالفعل .. لكن الأمر سيتجاوز مجرد الاقناع ، وسيحتاج الي دعم وضبط من ملقنات القيادة Drivers ، ومن البطاقات الرسومية ، والي تطويع ومتابعة مستمرة. ونرجو ألا يتكرر نموذج HD3D و 3D Vision حينها .. أحدهما متقهقر وعقيم وقشري ، والأخر مستمر وحي وفعال .. و يمكنكم تخمين أيهما من !
في كل الأحوال ، لقد اصبحت المزامنة G في غفلة من العالم ، المعيار القياسي لسلاسة العرض ، ساحقة المزامنة الطولية العتيقة العقيمة بالضربة القاضية !
لقد اعتدنا علي أن نشاهد اضافة الجديد في تقنيات الرسوميات كل يوم ، حتي صار الأمر تقليديا ، لكننا لم نتعود قط أن نشاهد واحدة من تقينات الرسومات المعمرة تنعدم وتنحسر هكذا فجأة !
آن للمزامنة الطولية V.Sync أن تختفي ، لقد صاحبتنا ما عرفنا الألعاب ثلاثية الأبعاد ، لكنها لم تكن سوي شوكة في أعناق الجميع ، لا يستخدمها أحد ولا يطيقها أحد ، والذين استخدموها لم يحصدوا منها سوي المشكلات والعيوب ، حتي تحيروا وتشككوا في تفسير وجودها من الأصل!
وداعا أيتها المزامنة الطولية ، كانت اقامتك طويلة ، لكنها مملة ومنفرة ، كان وجودك ثقيلا كالكابوس ، سخيفا كمزحة مكررة ، فارغا كسبة بذيئة ، لحنا قبيحا تردد طوال المساء حتي سأمناه ثم اشرق الصباح فنسيناه !
وداعا أيتها المزامنة الطولية ، عسي أن تجدي مثواك الأخير في المراجع الرسومية ، المراجع التي تتحدث عن زمن فات ومضي ، وجاء محله ما ابتكر وارتقي .
